Distribución de datos LiDAR en la IDERM

J. C. García1, Oscar García

1.

1DIELMO 3D S.L.

Plaza Vicente Andrés Estellés 1 Bajo E, 46950 Xirivella

{dielmo, oscarg}@dielmo.com

Resumen Cada vez hay más datos LiDAR [1] disponibles que cubren grandes

extensiones del territorio pero la distribución de este tipo de datos

todavía no se ha resuelto debido al elevado volumen de datos y a que el

análisis de la información no es trivial para usuarios no expertos en

tecnología LiDAR. Actualmente DIELMO está llevando a cabo un

proyecto implementar diferentes servicios para la distribución de datos

LiDAR a través de la IDERegion de Murcia [2].

Palabras clave: LiDAR, servidor de datos.

1 Introducción

Hace unos años había muy pocos datos LiDAR disponibles, limitándose a

pequeños proyectos para zonas inundables, etc., pero la tendencia es que en pocos

años se disponga de grandes extensiones de terreno (Comunidades Autónomas y

prácticamente toda España) voladas con tecnología LiDAR. Por ejemplo, en el año

2005 se realizó la adquisición de los datos LiDAR de toda Gipuzkoa, en 2008 se

realizó la adquisición del resto del País Vasco, se está volando toda Cataluña y

recientemente se ha incluido la adquisición de datos LiDAR dentro del Plan

Nacional de Ortofotografía Aérea (PNOA).

Como vemos, se tiende a que cada vez haya más datos LiDAR disponibles que

cubran grandes extensiones del territorio y toda esta información en algunos casos

será libre para que cualquiera pueda acceder a ella. Esto hace que aumente

considerablemente el número de usuarios potenciales de este tipo de datos, pero

sin embargo, observamos que no hay herramientas accesibles para tratarlos y

debido al elevado coste de las licencias de software comerciales que permiten el

tratamiento de este tipo de datos, el número de usuarios con capacidad de explotar

los datos LiDAR se reduce solamente a los proveedores de datos LiDAR, dado que

los usuarios finales no pueden manejar los datos LiDAR originales, ni tienen la

capacidad de realizar un control de calidad adecuado de los trabajos que contratan,

ni corregir los errores observados en dichos productos, ni aprovechar los datos

gratuitos para la elaboración de otros productos finales.

Por lo tanto, se hace necesaria la aparición de un software libre sencillo, flexible y

potente, que sea un punto de encuentro para productores, usuarios y

desarrolladores relacionados con la tecnología LiDAR, permitiendo la

visualización, producción y control de calidad sobre los productos finales, mejorar

los productos finales ya existentes y desarrollar nuevos productos finales de valor

añadido integrándolos de forma sencilla dentro de un sistema de información

geográfica libre como gvSIG.

Para ello DIELMO 3D S.L. ha decidido tomar la iniciativa de comenzar el

desarrollo de este software libre llamado DielmoOpenLiDAR [3] a partir de

nuestra experiencia investigadora en el ámbito de la teledetección, el desarrollo de

software para la generación y tratamiento de modelos digitales del terreno y para el

procesado de datos LiDAR, además del conocimiento del mercado al ser uno de

los principales proveedores de datos LiDAR en España y haber trabajado en

numerosos proyectos de adquisición y procesado de datos LiDAR para diferentes

aplicaciones.

Actualmente DielmoOpenLiDAR consiste en un driver para el acceso,

visualización y análisis de datos LiDAR originales en formato LAS y BIN para

grandes volúmenes de datos y se están desarrollando herramientas para realizar

controles de calidad y generar diferentes productos finales a partir de los datos

LiDAR originales.

Si embargo, a pesar de la aparición de herramientas en software libre para el

manejo de datos LiDAR, sigue siendo complicada la distribución de este tipo de

datos debido al elevado volumen de datos y a que el análisis de la información no

es trivial para usuarios no expertos en tecnología LiDAR.

En este artículo mostraremos el proyecto desarrollado por DIELMO 3D que

permite la implementación de diferentes servicios en la IDERegion de Murcia.

2 Servidor de datos LiDAR

Los nuevos desarrollos de DIELMO están enfocados a hacer que esta información

(nube de puntos original) sea accesible para cualquier ciudadano a través del

servicio de una Infraestructura de Datos Espaciales, de una forma clara y sencilla

que se pueda utilizar por cualquier usuario no especializado en el tratamiento de

datos LiDAR.

Este aspecto tecnológico no estaba resuelto hasta este momento, y consideramos

que lo más complicado es ser capaz de hacer búsquedas muy rápidas entre

inmensos volúmenes de datos LiDAR en un formato estándar como el LAS que

consiste en una nube de puntos irregular con su tabla asociada (por ejemplo toda

España volada con 0.5 puntos por metro cuadrado equivaldría a más de 250.000

millones de puntos).

Actualmente DIELMO ha desarrollado una nueva metodología que consiste en

procesar los datos LiDAR originales para almacenarlos en un nuevo formato que

conserva toda la información original pero ésta está ordenada con un índice

espacial específico que permite hacer búsquedas de forma inmediata.

A partir de esta estructura de datos, se pueden poner en marcha varios servicios

dentro de una IDE como por ejemplo:

2.1 Servicio WMS

El primero de los servicios consiste en un servidor WMS (Web Map Service)[4]

que permita visualizar la nube original de puntos LiDAR y analizarla de la misma

forma que si estuviéramos viendo la nube de puntos original en local, pero sin la

necesidad de distribuir los datos originales. En este servidor se pueden definir

diferentes estilos para representar los puntos en función de su altura, intensidad o

clasificación.

En el caso de representar los datos LiDAR en función de la altura, cada vez que se

haga una petición al servidor, se realizará un cálculo estadístico de los valores de

altura de los puntos que caen dentro de la zona, ajustando el histograma para una

adecuada visualización en todo momento. En la figura 1 vemos dos ejemplos que

devolvería el servidor WMS con este estilo dependiendo del nivel de detalle:

Figura 1. Ejemplos de las respuestas del servidor WMS representando los puntos

en función de su altura

En el caso de representar los datos LiDAR en función de la intensidad, para cada

zoom también se realizará un cálculo estadístico de los valores de intensidad de los

puntos que caen dentro de la zona, ajustando el histograma para una adecuada

visualización en todo momento. A continuación vemos un ejemplo de la imagen

que devolvería el servidor WMS con este estilo:

Figura 2. Ejemplo de la respuesta del servidor WMS representando los puntos en

función de la intensidad

En el caso de pintar los datos LiDAR en función de la clasificación de cada punto,

se aplicará una simbología fija que se indicará en las propiedades del WMS. A

continuación vemos un ejemplo de la imagen que devolvería el servidor WMS con

este estilo y la simbología utilizada:

Figura 3. Ejemplo de la respuesta del servidor WMS representando los puntos en

función de su clasificación

Los datos LiDAR tienen una tabla que contiene información asociada a cada punto

como la altura, intensidad, clasificación, tiempo GPS, etc. El servicio WMS

también permitirá realizar consultas sobre la información de la tabla disponible

para cada uno de los puntos:

Figura 4. Ejemplo de la respuesta del servidor WMS devolviendo la información

de la tabla de un punto

2.2 Distribución de los datos LiDAR originales

La opción del servidor WMS permite visualizar los datos, pero en ocasiones los

usuarios necesitan disponer de los datos originales en formato LAS para poder

realizar un procesado de los mismos para la generación de un modelo digital del

terreno o cualquier otro producto derivado, por lo que hay que pensar en una forma

automática de dar acceso a estos datos.

DIELMO ha desarrollado un servicio web que a través de una petición HTTP

donde se indica la región a descargar y el sistema de coordenadas deseado, el

servidor busca los datos que caen dentro de dicha región, los reproyecta y crea un

nuevo fichero LAS que se le devuelve al usuario en un fichero comprimido. Las

peticiones HTTP tendrán un formato como este:

http://server.dielmo.com:8080/LidarHttpServer/BoxServlet?xstart=524222&ystart=4746063&width=200&height=200&srsid=23030

En la ponencia se enseñará el funcionamiento de este servicio usando como cliente

a gvSIG. Para ello hemos desarrollado una herramienta que permite dibujar un

rectángulo sobre la vista y al soltar el ratón se hace la petición al servidor de datos

LiDAR, se descarga el fichero que nos devuelve el servidor, se descomprime y se

añade de forma automática a la vista de gvSIG, de forma que para el usuario es

transparente la carga de datos LiDAR originales desde Internet.

2.3 Servidor de perfiles

El análisis de los datos LiDAR a través del servidor WMS o con software

específicos como DielmoOpenLiDAR o otras soluciones comerciales puede ser

complicada para un usuario no experto en el tratamiento de este tipo de datos (la

mayoría de los usuarios SIG), por lo que hemos pensado en una forma mucho más

sencilla de obtener y analizar los datos LiDAR: a través de perfiles o secciones

transversales.

El funcionamiento de este servicio consistirá en añadir una herramienta que

permitirá dibujar un perfil sobre las capas de información visibles en una página

web o un cliente pesado.

Figura 5. Ejemplo de definición del perfil en una web

Una vez definida la sección transversal en la zona deseada por el usuario, se hará

una petición al servidor a través de HTTP. El servidor seleccionará los puntos

LiDAR que caen dentro de dicha sección y los enviará al cliente en forma de una

gráfica similar a la de la figura 6 en la que se podrán analizar y editar los puntos

así como exportar el perfil a varios formatos estándar que puedan manejar los

software a los que están acostumbrados los usuarios de información geográfica.

Figura 6. Ejemplo de un perfil de datos LiDAR obtenido a través de Internet.

En la gráfica anterior vemos en color marrón los puntos clasificados como suelo, y

en color verde los que se han clasificado como vegetación. El usuario podrá editar

estas clasificaciones para asignarle a cada punto la clase deseada, así como borrar

los puntos que no le interesen. Esta herramienta abre un elevado número de

aplicaciones como por ejemplo en la planificación urbanística, gestión forestal,

estudios de inundaciones en unidimensional, planificación de infraestructuras,

telecomunicaciones, etc.

El software de análisis de estos perfiles LiDAR es software libre dentro de

DielmoOpenLiDAR y en él se pueden implementar avanzadas herramientas de

análisis para diferentes aplicaciones.

Las peticiones HTTP tendrán un formato como este:

http://server.dielmo.com:8080/LidarHttpServer/GetParameters?x1=524188.0&y1=4746052.0&x2=524294.0&y2=4746101.0&width=20&srsid=23030

En la ponencia se enseñará el funcionamiento de este servicio usando como cliente

a gvSIG. Para ello hemos desarrollado una herramienta que permite dibujar una

sección transversal sobre la vista y al soltar el ratón se hace la petición al servidor

de perfiles LiDAR y abre la ventana con la gráfica devuelta, de forma que para el

usuario es transparente la carga de datos LiDAR originales desde Internet.

Al igual que esta implementación en gvSIG, se pueden hacer clientes de este

servidor de perfiles en cualquier software SIG o en páginas web.

2.4 Otros servicios

En la ponencia se enseñará el funcionamiento de estos tres servicios a modo de

demostración de tecnología, pero la infraestructura de datos desarrollada por

DIELMO permite la implementación de otros muchos servicios en una IDE.

Referencias

[1] LiDAR, http://es.wikipedia.org/wiki/LIDAR

[2] IDERegion de Murcia, http://www.cartomur.com/

[3] DielmoOpenLiDAR, http://www.dielmo.com/dielmoopenlidar.php

[4] OpenGIS Web Map Service (WMS) Implementation Specification

http://www.opengeospatial.org/standards/wms